新颖微纳结构界面调控的高效率柔性白光OLED器件

Flexible organic light-emitting diodes (OLEDs) are emerging as leading technologies for charming applications in wearable and stretchable intelligent electronics due to their unique capacity to integrate with soft materials and curvilinear surfaces in bendable smartphones, foldable touch screen and antenna, paper-like displays, curved and movable solid-state lighting devices, and so on. The development of flexible OLEDs requires high-quality transparent conductive electrodes with superior bendability and roll-to-roll manufacturing compatibility to replace the currently used indium tin oxide (ITO) anodes. In this project, we plan to develop a new flexible transparent conductor on plastic embedded with silver networks by ingeniously combining Ag paste Scratch technology, nano-imprinting lithography and precise patterns photolithography. We will seek for the achievement of highly power-efficient large-area white OLEDs by combining an improved outcoupling structure. The targeted flexible white OLEDs will be enhanced up to a power efficiency over 120 lm/W at 1,000 cd m-2 with angular color stability. We hope the results obtained in this project will provide an exciting step towards the realization of ITO-free, low-cost, high-efficiency OLEDs on flexible plastic for use in high-performance stretchable electronics.

柔性白光OLED具有可任意弯曲折叠的独特优势，在智能终端、可穿戴式信息显示和新型照明等方面潜在应用广泛，但目前其综合性能距实际应用还有较大差距，迫切需要在开发高导电性、高透光性和高稳定性的新型柔性透明电极的基础上，设计和制备新结构器件并进行深入系统的研究。本项目将面向能源应用，以发展完善柔性透明导电的嵌入式微图形化Ag电极为基础，以制备获取高效稳定柔性白光OLED为研究重点，发展柔性白光OLED器件的新结构，研究适用于柔性白光OLED的具有宽光谱响应、广角度和低偏振敏感性的微纳结构光提取新方法和工艺路线，揭示微纳界面结构与光电性能调控的构效关系，实现柔性白光OLED器件功率效率达到120 lm/W。力争在高效柔性白光OLED所涉及器件结构、加工工艺、制造成本等关键物理与技术问题上有所突破，形成一些具有自主知识产权的关键技术和成果，为进一步提高柔性有机光电器件效率提供理论依据和实践方法。

有机发光二极管（OLED）具有柔韧可弯折等诸多优点，在新一代显示和照明领域具有良好的应用前景。传统的ITO透明导电电极由于易脆等固有缺陷，不适用于柔性OLED。因此，柔性OLED的发展需要新型的高质量耐弯折的透明导电电极。因此，本项目设计并制备了具有高透光性、高稳定性、低表面电阻的新型透明导电电极，并在此基础上进一步引入微纳界面光调控技术，实现宽光谱响应、广角度和低偏振敏感性的微纳结构光提取，从而制备出非ITO电极的高效率柔性白光OLED器件，在器件结构、器件工艺等关键物理与技术上有所突破。主要成果包括：1)制备了嵌入式微图形Ag网栅透明电极，表面电阻<5 Ω/sq、在可见光区间透过率>87%，并以此为基础制备了大面积柔性白光OLED器件，同时引入微纳光学结构，在1000 cd/m2亮度下白光OLED功率效率达106 lm/W。2)设计制备了兼具高透光性、低表面电阻的介电质-金属-介电质复合电极（MoO3-Ag/Al-MoO3），并通过纳米软压印技术在复合电极中引入仿生纳米蛾眼结构，从而得到具有优越的光调控性能和机械弯折性的柔性透明电极。在此电极上制得高效柔性白光器件，外量子效率和功率效率分别达到47.2%和112.4 lm/W。3)结合上述两种柔性透明电极，获得了高效透明柔性白光OLED器件性能，在1000 cd/m2的亮度下功率效率达到142 lm/W，并系统研究了OLED器件的远场能量、色散关系和近场能流等分布情况，阐释了光调控的物理机制。在项目实施期间在Adv.Mater.等期刊发表SCI论文22篇（影响因子>10的论文6篇）；申请发明专利6项；获得2017年教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学二等奖（排名第1）；作为共同主席组织OSA-SSL国际会议2次，做国际国内学术邀请报告 26余次；培养博士和硕士研究生6名。本项目研究工作为实现柔性大面积光电器件提供了可能，并且可为未来低成本的可穿戴智能设备的发展和应用提供借鉴。